高危水塔抢险爆破拆除

李子玉,周晓光,王 强

（湖南铁军工程建设有限公司， 湖南 长沙 412100）

0 前 言

连日暴雨导致边坡出现垮塌，垮塌混凝土边坡对某县国税局25 m高砖混结构水塔底部造成巨大冲击，导致水塔下部多处出现裂缝，部分墙体出现位移。暴雨仍在持续，该水塔不立即拆除，一旦意外倒塌，后果不堪设想。

待拆除水塔现场环境复杂，西侧6 m为阳光丽景小区住宅楼，东侧9 m为县国税局办公楼、东南侧25 m为县国税局宿舍楼（见图1）。

图1 水塔周边环境

水塔高度25 m，砖混结构，水塔3.2 m以下外周长13.6 m，水塔筒壁厚度50 cm，水塔3.2 m以下部分设有混凝土圈梁；水塔3.2 m以上周长12.8 m，水塔筒壁厚度37 cm。水塔东北侧有一高为3.2 m，宽0.9 m的进出门，水塔南侧4.2 m以上有一宽0.9 m，高1.5 m窗口。水塔内有3根Φ50的金属水管，因水塔门框变形导致施工无法冒险进入切断水管。

1 爆破拆除方案

1.1 爆破方案确定

依据倒塌方式不同，拆除爆破总体分为定向倒塌、原地坍塌、折叠倒塌等方式[1]。结合该水塔的受损程度和周边环境，最终确定控制爆破定向倒塌方案，不设置定向窗。为避开民房和其他建（构）筑物，爆破切口需朝向较开阔的方向，因此，水塔向东偏南 45°空地定向倒塌。将切口位置设在距地面3.3 m位置，可为钻孔避开水塔受损部位，保证成孔和爆破效果；高切口也可减少倒塌方向的距离和塌落物质量，减轻塌落振动。

1.2 爆破参数确定

切口位置距地面3.3 m，爆破切口采用正梯形，切口下底长6.8 m，上底长5.6 m，切口高度0.9 m，爆破切口布置见图2。

3.3 m处切口采用梅花型布孔，每个装入药包，每孔一发雷管；由于水塔下部多处出现裂缝，部分墙体出现位移，水塔内3根金属水管无法冒险切割，为保证爆破效果，在 1，2排炮孔适当加大药量，爆破具体参数如表1所示。

1.3 安全施工措施

为保证水塔准确倒塌和施工过程中人员安全，减少炮孔偏差，提高爆破准确性，在水塔倒塌侧设置3.2 m高脚手架，脚手架设置稳固，人员上下佩戴安全带。为防止施工过程中水塔出现意外倒塌，脚手架上同时作业人员不得超过两人，并有专职的人员采用全站仪不断监测水塔情况，一旦出现异常，立即通知作业人员停止作业、撤离现场。

1.4 爆破网路设计

起爆网路采用瞬发电雷管，每孔一发起爆雷管，构成串联网路（见图3）。

2 爆破安全与防护措施

2.1 振动与飞石距离校核

（1）爆破振动校核。本次爆破一次齐爆的最大药量为5.28 kg。根据环境的具体要求和安全允许的振速计算公式校核[2]：

式中：v为安全允许的振速，cm/s；K为与介质和爆破条件因素有关的系数，取150；K1为拆除爆破振动折减系数，取0.2；Q为一次齐爆药量；R为爆源至保护物的距离；α为衰减系数，α取1.8。

图2 爆破切口布置

表1 爆破参数

图3 爆破起爆网络

经计算，在R=9 m，R=12 m，R=25 m距离上，爆破产生的质点振动速度分别为 1.65，0.98，0.26 cm/s，小于安全允许的振动速度。

（2）塌落振动校核。由于水塔为高耸建筑物，爆破使其倾倒时会对地面产生冲击振动，其振动远大于炸药爆破时产生的振动，因此，应重点控制水塔倒塌时的振动。建筑物爆破倾倒后冲击地面引起的振动大小与其质量、重心高度和触点土层的刚度有关[3]。根据中国科学院力学研究所提供的经验公式，建筑物塌落作用于地面造成的振动速度可按下式计算：

式中：M为下落构件的质量，t；H为构件重心高度，m；L为重心高度落点处距被保护对象的距离，m；e为地面介质的破坏强度，一般取10 MPa；g为重力加速度，9.8 m/s2；β为塌落振动速度衰减指数，取-1.80～-1.66；Kt为塌落振动速度衰减衰减系数，取 3.37～4.09。根据相关实践数据[4]，采取减振措施后，塌落振动可减少70%。经计算，水塔塌落振动为0.63 cm/s，水塔塌落触地振动速度较小，对建筑物危害不大。

（3）飞石距离校核。个别飞石按下式计算[5]：

式中：v石为飞石初速度，m/s；Qd为单孔最大药量，为0.1 kg；W为最小抵抗线，取0.2 m；k为防护系数，取0.2；S为个别飞石水平方向的距离，m；γ为飞石的抛射角，取 45°，带入式（3）、式（4）得S=32.83 m，而警戒距离为150 m能够保证安全要求。

2.2 减振与飞石防护措施

从爆破拆除水塔倒塌方向下部开始至倒塌方向30 m，倒塌位置两侧各10 m位置铺设土工布2层、细沙50 cm，细沙上部铺设彩条布作为缓冲层，并在倒塌方向靠近保护建筑物一侧设置减振沟，主要用于减轻水塔塌落振动。

根据无防护条件下个别飞石最大飞散距离估算结果以及周边环境实际情况，对爆破飞石应采取预防技术措施, 并适当防护，以降低飞散距离。爆破切口处采用两层棉被覆盖，并用铁丝固定；棉被外加两层钢丝网，由铁丝围绕水塔固定；在钢丝网外围再加两层塑胶网，用铁丝固定于水塔上。

3 爆破效果及结语

3.1 爆破效果

2018年5月8日，高危水塔成功爆破拆除，周边的建筑物安然无损，安全隐患得以排除，抢险工作取得圆满成功。切口爆破后，水塔朝着预定方向倒塌，未产生后座，爆破后水塔倾倒在缓冲层防护材料上，减小了塌落振动及塌落飞石对周围的冲击。爆破前后对比见图4。

图4 爆破前后对比

3.2 爆破结语

（1）对于高危水塔的爆破拆除，科学管理，考虑全面，切不可急于求成，以防次生灾害伤及施工人员。在施工过程中一定要注意观测高危建筑物的变化过程，发现险情及时撤离人员，保证作业人员安全。采用精细化设计、施工，确保水塔倒塌方向和有害效应的控制。

（2）缓冲层、减振沟能有效减小塌落振动，防护材料及缓冲层能有效控制爆破飞石。选用细沙作为缓冲层材料时，在上部铺设彩条布或土工布；安全防护材料一定要绑紧扎牢，保证爆破时起到防护作用。